题目内容
8．利用硫酸法钛白粉生产中的副产物（主要成分是绿矾、少量TiO2及重金属离子）制备高品质氧化铁红的工艺过程如图1：
（1）原料绿矾需要加入铁粉进行预处理，其目的为Fe+2Fe3+=3Fe2+（用离子方程式表示）．
（2）利用氨水中和反应可以促进重金属离子水解，以便沉淀出去，如图为pH与除杂率的关系．气体A为N2（填化学式），调节pH适宜范围为3.2-4.4．
（3）操作1和操作2分别为加热浓缩、冷却结晶
（4）绿矾通过脱水、锻烧等工序转化为氧化铁红．反应为：FeSO4•7H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO4•H2O+6H2O↑：4FeSO4•H2O+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+4SO3↑+4H2O↑
（5）该过程中可循环使用的物质为FeSO4（填化学式）．
（6）若生产1t钦白粉会产生3t含量为96.5%的绿矾原料，生产中损失5%，则高品质氧化铁红的产量为0.791t
（7）TiO2可用于制备海绵钛：
①已知：
（i）TiO2（g）+2C12（g）═TiC14（1）+O2（g）△H=+141kJ•mol-1
（ii）TiO2（g）+C（s）+2C12（g）═TiC14（1）+CO2（g）△H=-218kJ•mol-1
工业上采用（ii）制备TiC14，不能采用（i）的原因是反应属于焓增、熵减的反应，标准状态下任何温度都难以自发反应．02Mg在高温下还原TiC14制备海绵钦的化学方程式为TiCl4+2Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl2．
分析 原料绿矾中（主要成分是绿矾、少量TiO2及重金属离子），加水溶解再用氨水调节PH值，促进重金属离子水解，以便沉淀出去，除去杂质，过滤后得硫酸亚铁溶液，滤液加热浓缩、冷却结晶，过滤得硫酸亚铁晶体，滤液可循环利用，硫酸亚铁晶体煅烧得氧化铁、三氧化硫，
（1）原料绿矾中亚铁离子容易被氧化成铁离子，需要加入铁粉进行预处理；
（2）空气中的氧气能氧化硫酸亚铁溶液中的亚铁离子，所以要用氮气隔绝空气，根据图中pH与除杂率的关系，可确定PH值；
（3）从硫酸亚铁溶液中获得硫酸亚铁晶体，可以用加热浓缩、冷却结晶方法获得晶体；
（4）绿矾通过脱水、锻烧等工序转化为氧化铁红的过程中FeSO4•7H2O生成FeSO4•H2O，FeSO4•H2O再被空气中氧化成氧化铁，根据元素守恒和元素守恒书写化学方程式；
（5）根据流程分析可知循环的物质；
（6）根据铁元素守恒可计算出氧化铁红的产量；
（7）根据反应 （i）TiO2（g）+2C12（g）═TiC14（1）+O2（g）△H=+141kJ•mol-1，（ii）TiO2（g）+C（s）+2C12（g）═TiC14（1）+CO2（g）△H=-218kJ•mol-1可知，（i）反应是吸热、熵减反应，（ii）是放热、熵增反应，Mg在高温下还原TiC14，生成氯化镁和钛，据此答题．
解答 解：原料绿矾中（主要成分是绿矾、少量TiO2及重金属离子），加水溶解再用氨水调节PH值，促进重金属离子水解，以便沉淀出去，除去杂质，过滤后得硫酸亚铁溶液，滤液加热浓缩、冷却结晶，过滤得硫酸亚铁晶体，滤液可循环利用，硫酸亚铁晶体煅烧得氧化铁、三氧化硫，
（1）原料绿矾中亚铁离子容易被氧化成铁离子，需要加入铁粉进行预处理，反应的离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+，
故答案为：Fe+2Fe3+=3Fe2+；
（2）空气中的氧气能氧化硫酸亚铁溶液中的亚铁离子，所以要用氮气隔绝空气，所以气体A为N2，根据图中pH与除杂率的关系，可知PH值为3.2-4.4之间除杂率最高，所以调节pH适宜范围为，
故答案为：N2；3.2-4.4；
（3）从硫酸亚铁溶液中获得硫酸亚铁晶体，可以用加热浓缩、冷却结晶方法获得晶体，
故答案为：加热浓缩、冷却结晶；
（4）绿矾通过脱水、锻烧等工序转化为氧化铁红的过程中FeSO4•7H2O生成FeSO4•H2O，FeSO4•H2O再被空气中氧化成氧化铁，反应的化学方程式为4FeSO4•H2O+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+4SO3↑+4H2O↑，
故答案为：4FeSO4•H2O+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+4SO3↑+4H2O↑；
（5）根据流程分析可知循环的物质为 FeSO4，
故答案为：FeSO4；
（6）3t含量为96.5%的绿矾原料中FeSO4•7H2O的质量为2895kg，所以含铁元素的质量为2895kg×$\frac{56}{278}$×100%=583.2kg，根据铁元素守恒可知氧化铁的质量为$\frac{160}{56×2}$×583.2×（1-5%）kg=0.791t，
故答案为：0.791；
（7）根据反应 （i）TiO2（g）+2C12（g）═TiC14（1）+O2（g）△H=+141kJ•mol-1，（ii）TiO2（g）+C（s）+2C12（g）═TiC14（1）+CO2（g）△H=-218kJ•mol-1可知，（i）反应是吸热、熵减反应，（ii）是放热、熵增反应，所以采用（ii）制备TiC14，不能采用（i）的原因是反应（i）属于焓增、熵减的反应，标准状态下任何温度都难以自发反应，Mg在高温下还原TiC14，生成氯化镁和钛，反应的化学方程式为TiCl4+2Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl2，
故答案为：反应属于焓增、熵减的反应，标准状态下任何温度都难以自发反应；TiCl4+2Mg$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl2．
点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把握实验的基本原理和物质的性质．
| A． | 原子序数为15的元素的最高化合价为+3 | |
| B． | ⅦA族元素是同周期中非金属性最强的元素 | |
| C． | 原子序数为12的元素位于元素周期表的第三周期ⅡA族 | |
| D． | 第二周期ⅣA族元素的原子核电荷数和中子数一定为6 |
| A． | 利用铜丝燃烧法 | B． | 利用质谱法 | ||
| C． | 利用红外光谱法 | D． | 利用核磁共振氢谱 |
| A． | CaCO3 | B． | SiO2 | C． | Na2SiO3 | D． | Si |